第一章 1 电荷　电荷守恒定律 导学案 Word版含答案

第一章　静　电　场
1.电荷　电荷守恒定律
知识点一　三种起电方式
任务1三种起电方式
三种起电方式的比较
比较 项目 摩擦起电 感应起电 接触起电
产生 条件 两不同绝缘体摩擦时 导体靠近带电体时 导体与带电体接触时
现象 两物体带上等量异种电荷 导体两端出现等量异种电荷 导体带上与带电体电性相同的电荷
微观 解释 不同物质的原子核对核外电子的约束力不同,摩擦时电子从一物体转移到另一物体 导体中的自由电子受到带电体对它的排斥(或者吸引),而移向导体的远端(或者近端) 电荷间的相互作用,使得自由电子在带电体和导体上转移,且重新分布
实质 均为电荷在物体之间或物体内部的转移
　(1)摩擦起电、接触起电和感应起电方式中的电荷是从哪里来的?
提示:是原子核外层电子的转移。
(2)摩擦起电和感应起电、接触起电有什么区别?
提示:摩擦起电是两绝缘体摩擦时原子核外的电子束缚能力的不同造成的,能力强的得到电子显负电;束缚能力弱的失去电子显正电;感应起电和接触起电是导体内的电子在电场力的作用下重新分布或转移。
【典例1】下列有关起电的说法正确的是 (　　)
A.摩擦起电说明电荷是可以创造的
B.感应起电是电荷从物体的一部分转移到另一部分时,失去了部分电子
C.摩擦起电时物体带负电荷是因为在摩擦过程中此物体得到了电子
D.等量的正、负电荷可以中和,说明电荷可以被消灭
【解析】选C。摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体,并没有产生电荷,物体带负电荷是因为在摩擦过程中此物体得到了电子,A错误、C正确;感应起电过程中,电荷从物体的一部分转移到另一个部分,总的电荷量不变,B错误;等量的正、负电荷可以中和,但电荷并没有被消灭,只是整体不显示电性而已,D错误;故选C。
任务2三种起电方式的应用
1.带电体具有吸引轻小物体的性质。
2.电荷间的相互作用规律:同种电荷互相排斥,异种电荷相互吸引。
3.两带电体相互接触时,所带电荷会重新分布。
【典例2】如图所示,原来不带电的金属导体MN,在其两端下面都悬挂着金属验电箔;若使带负电的金属球A靠近导体的M端,可能看到的现象是 (　　)
A.只有M端验电箔张开,且M端带正电
B.只有N端验电箔张开,且N端带正电
C.两端的验电箔都张开,且左端带负电,右端带正电
D.两端的验电箔都张开,且两端都带正电或负电
【解析】选C。由于电荷间的相互作用,所以M端带正电,N端带负电,MN两端的金箔都会张开,是感应起电现象。故C项正确,A、B、D三项错误。
1.对物体带电现象的叙述,正确的是 (　　)
A.物体带电一定是因为具有多余的电子
B.摩擦起电实质上是电荷从一个物体转移到另一个物体的过程
C.物体所带电荷量可能很小,甚至小于e
D.电中和是等量异种电荷完全消失的现象
【解析】选B。物体带电可能有多余的正电荷,也有可能有多余的负电荷,故A错误。电荷并不能创生,也不能消失,摩擦起电的实质是电荷从一个物体转移到另一物体,故B正确。元电荷的电量是最小的带电量,故C错误。电中和是等量的异种电荷完全抵消,而不是消失,故D错误。故选B。
2.(多选)如图所示,在两个带等量异种电荷的绝缘导体之间,对称地放着两个相同的导体ab、cd,现用导线把a、d连接起来,下列说法正确的是 (　　)
A.有正电荷沿导线从a移向d,进而形成方向为由a到d的电流
B.有负电荷沿导线从d移向a,进而形成方向为由a到d的电流
C.达到静电平衡后,a、d端均不带电
D.达到静电平衡后,b、c端均不带电
【解析】选B、D。本题中若a、d连接起来,导体ab和cd就组成一个新的导体,由于静电感应,靠近正电荷的a端带负电,靠近负电荷的d端带正电,b、c两端不带电,故C错误,D正确。在金属导体中只有带负电的自由电子移动,正电荷不能移动,故A错误,B正确。故选B、D。
【加固训练】
　　 (多选)如图所示,将带电棒移近两个不带电的导体球,两个导体球开始时互相接触且对地绝缘,下述几种方法中能使两球都带电的是 (　　)
A.先把两球分开,再移走棒
B.先移走棒,再把两球分开
C.先将棒接触一下其中的一球,再把两球分开
D.先使乙球瞬间接地,再移走棒
【解析】选A、C、D。由于静电感应,甲球感应出正电荷,乙球感应出负电荷。两球分开后,它们带上了等量异种电荷,所以选项A正确;若先将棒移走,则两球感应出的电荷又发生中和,所以两球不会带上电荷,选项B错误;使棒与甲球接触,则两球会因接触起电而带上负电荷,所以选项C正确;若使乙球瞬间接地,则乙球上感应出负电荷因斥力而被导走,再将棒移走,由于甲、乙是接触的,所以甲球上的电荷会重新分布在甲、乙两球上,结果是两球都带上了正电荷,所以选项D正确。
　知识点二　电荷守恒定律
1.电荷守恒定律的广泛性:
(1)电荷守恒定律同能量守恒定律一样, 是自然界中最基本的规律之一, 任何电现象都遵循电荷守恒定律。
(2)无论是什么方式的起电过程, 也无论是什么情况下的电中和都满足电荷守恒定律。
2.电荷守恒定律的另一种表述:一个与外界没有电荷交换的系统,电荷的代数和总是保持不变。
3.“电中性”“中和”的理解:
(1)电中性的物体是有电荷存在的,只是代数和为0,对外不显电性,起电过程的实质是物体中正、负电荷的分离和转移过程。
(2)电荷的中和现象是正、负电荷的结合过程。
(3)无论是起电过程还是中和过程,电荷总量不变。
4.两个完全相同的导体的电荷分配:
(1)两个完全相同的导体,一个带电,另一个不带电。当两个导体接触后再分开时,两导体所带的电荷量相等,都等于原来电荷量的一半。
(2)两个完全相同的导体,都带有一定量的电荷,若两带电体的电量分别为Q1、Q2,则它们接触后再分开都带有的电量,式中电量Q1、Q2均包含它们的正负号。
　(1)摩擦起电是创造了电荷吗?
提示:任何起电方式都是电荷的转移。
(2)两个带等量异号电荷的导体接触时,是电荷消失了吗?
提示:两个带等量异号电荷的导体接触时,是两物体异种电量的中和,原子核外的电子与原子核的质子数相同,对外不显电性。
【典例】有两个完全相同的带电金属小球A、B,分别带有电荷量QA=6.4×10-9 C,QB=-3.2×10-9 C,让两金属小球接触。在接触后,A、B带电荷量各是多少?此过程中电子发生了怎样的转移,转移了多少电荷量?
【思维·建模】
【解析】接触后两小球带电量QA'=QB'==C=1.6×10-9 C,在接触过程中,电子由B球转移到A球,不仅将自身电荷中和,且继续转移,使B球带QB'的正电荷。这样,共转移的电子电荷量为:
ΔQ=QB-QB'=(-3.2×10-9-1.6×10-9) C
=-4.8×10-9 C。
答案:均为1.6×10-9 C　电子由B球转移到了A球,转移了4.8×10-9 C
1.(多选)将一带负电的通过绝缘支架支撑的金属小球置于潮湿的空气中,经过一段时间后,发现该小球上带的负电荷几乎不存在了。这说明 (　　)
A.小球上原有的负电荷彻底消失了
B.在此现象中,电荷不守恒
C.小球上负电荷减少的主要原因是潮湿的空气将电子导走了
D.该现象是由电子转移引起的,仍然遵循电荷守恒定律
【解析】选C、D。金属小球上的负电荷减少是由于电子通过潮湿的空气转移到外界,但是这些电子并没有彻底消失,就小球和整个外界组成的系统而言,其电荷的总量仍保持不变,仍遵循电荷守恒定律,故A、B错误,C、D正确;故选C、D。
2.下列说法正确的是 (　　)
A.静电感应不是创造了电荷,而是电子从一个物体转移到另一个物体或从物体的一部分转移到另一部分引起的
B.一个带电物体接触另一个不带电物体,两个物体有可能带上异种电荷
C.摩擦起电,是因为通过克服摩擦做功而使物体产生了电荷
D.以上说法都不对
【解析】选A。摩擦起电过程是得到和失去电子的过程,因此其实质是电子的转移,静电感应不是创造了电荷,而是电子从物体的一部分转移到另一部分引起的,满足电荷守恒定律,故A正确;一个带电物体接触另一个不带电物体,两个物体带上同种电荷,故B错误;摩擦起电,是因为摩擦而使电荷转移,并不是物体产生电荷,故C错误;由上分析可知,故D错误。
【加固训练】
1.如图所示,导体A带正电,当带负电的导体B靠近A时,A带的 (　　)
A.正电荷增加
B.负电荷增加
C.正、负电荷均增加
D.电荷量不变
【解析】选D。当带负电的导体B靠近导体A时,两导体之间无接触,由电荷守恒定律可知,A带的电荷量不变,只是电荷重新在导体表面上发生了分布(电荷重新分布是由电荷之间相互作用力产生的)。
2.如图所示,取一对用绝缘柱支持的导体A和B,使它们彼此接触。起初它们不带电,贴在下部的金属箔片是闭合的。现在把带正电荷的物体C移近导体A,下列说法正确的是 (　　)
A.A的左端感应出正电荷,B的右端感应出负电荷
B.A上的金属箔张开,B上的金属箔保持闭合
C.把A和B分开,然后移去C,A、B上的金属箔仍保持张开
D.先移去C,再把A和B分开,A、B上的金属箔仍保持张开
【解析】选C。导体A、B接触,开始不带电,把带正电的物体C移近导体A,由于静电感应,则A端带负电,B端带正电,两端金属箔片都张开,故A、B错误;分开A、B,移走C后,由于感应出的电荷不会消失,所以导体A带负电,B带正电,金属箔仍张开,故C正确;移走物体C,导体A、B中的电荷发生中和,分开A、B,A、B又不带电,A、B上的金属箔闭合,故D错误。
【拓展例题】考查内容:电荷间的作用
【典例】(多选)如图所示,a、b、c、d为四个带电小球,两球之间的作用分别为a吸d,b斥c,c斥a,d吸b,则(　　)
A.仅有两个小球带同种电荷
B.仅有三个小球带同种电荷
C.c、d小球带同种电荷
D.c、d小球带异种电荷
【解析】选B、D。由d吸a, d吸b可知a与b带同种电荷, 且与d带异种电荷; 由c斥a, c斥b可知c、a、b带同种电荷, c与d带异种电荷, 所以A、C错, B、D对。
课堂检测·素养达标
1.如图所示是一幅科普漫画,漫画中的英文意思是“(电子)不能被分成两半”,这幅科普漫画要向读者传达的主要物理知识应该是 (　　)
A.电子带负电荷
B.电子是构成原子的粒子
C.电荷既不会创生,也不会消灭
D.所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍
【解析】选D。题干中说“(电子)不能被分成两半”,表达的意思是电子所带的电荷量是最小电荷量,不能再分为更小的电荷量,所有带电体的电荷量都是电子所带电荷的整数倍,因此D项符合题意,A、B、C错误。
2.(2020·成都高二检测)关于摩擦起电、接触起电、感应起电,下列说法错误的是 (　　)
A.这是起电的三种不同方式
B.这三种起电方式的实质是一样的,都是电子在转移
C.这三种方式都产生了电荷
D.这三种方式都符合电荷守恒定律
【解析】选C。摩擦起电的实质是电子从一个物体转移到另一个物体,即说明了电荷可以从一个物体转移到另一个物体。摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能,但并没有创造电荷,电荷只是发生转移。感应起电过程中电荷在电场力作用下,从物体的一部分转移到另一部分。电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体是接触起电,C错误。
3.某个物体带电量不可能的是 (　　)
A.2×10-19 C　　　　　　　B.3.2×10-19 C
C.4.8×10-19 C D.1.6×10-9 C
【解析】选A。元电荷是最小的电荷量,其值取e=1.6×10-19 C,任何带电体带的电荷量都是元电荷的整数倍或者等于元电荷。2×10-19 C不是元电荷的整数倍,故A不可能,故A正确;3.2×10-19 C恰好是元电荷的2倍,故B错误;4.8×10-19 C恰好是元电荷的3倍,故C错误;1.6×10-9 C是元电荷的1010倍,故D错误。
4.导体A带5Q的正电荷,另一完全相同的导体B带Q的负电荷,将两导体接触一会儿后再分开,则导体B的电荷量为(　　)
A.-Q　　　　B.Q　　　　C.2Q　　　　D.4Q
【解析】选C。两导体上的电荷先完全中和再平分,所以每个导体的电荷量为=2Q。